我相信机核有不少朋友应该了解过what if?系列。这个系列是由兰道尔·门罗先生在自己的博客上连载的一个系列文章,专门回答网友们提出来的稀奇古怪的问题。这个系列的特色就是在科学严谨的同时又不失幽默风趣。
这系列的其中一部分有趣的问题被收编整理成书《那些古怪又让人忧心的问题》。本系列的前152期内容的中文翻译可以在科学松鼠会找到很高质量的版本。但是不知为何从153期开始就没有人再进行本文的翻译了。译者觉得甚是可惜,决定斗胆做一点微小的工作,于是便有了本译文。由于译者能力有限,如果本译文有翻译不妥的地方还请各位读者指出。
烤面包机在冷冻柜里面还能工作吗?
——《My Brother, My Brother and Me》第343集中有关雅虎Answers上问题的讨论
在最终聊到下一个问题之前,他们就这个问题的几个方面进行了有趣的讨论。因为他们并没有确定一个最终的答案,所以我想我们可以仔细研究研究冷冻烤面包机的原理来帮帮他们。
安全小贴士:如果你真的这么做了,请记住烤面包机可能会融化掉冷冻柜里的一些冰,换句话说就是你会有个在水中的正在运行的电器。
你把烤面包机塞进冷冻柜,你把延长线插进去,你放进去一些好面包,你启动他们。总得发生什么事,对吧?因为如果你的回答是“它会变热”,那说明冷冻柜没干好它的活。但是如果你说“它会变冷”,说明烤面包机没完成它的活。
首先,答案是:烤面包机会赢。冷冻柜没法完成它的工作。烤面包机击败冷冻柜。
我们可以简单地将烤面包机和冷冻柜视作某种意义上等价的——一个将制冷,一个加热。但是烤面包机加热的能力比冷冻柜制冷的能力强很多。
普通烤面包机中的线圈能达到超过600℃,足够发出微弱的光。由于烤面包机在以如此之高的温度运行,因此周围环境是20℃(室温),4℃(冰箱),或-15℃(冷冻柜)都不是很重要了。[1]
烤面包机需要把它的线圈从室温加热到超过600℃。从烤面包机的角度,起始温度是20℃还是40℃几乎没关系。线圈会变热,然后面包也会变热。如果面包在开始时比较冷,烤面包机将不得不稍微多加热一会来使其达到一个理想的烘烤温度,但是这个过程本身没啥难度。正如任何一个曾经烤过面包的人所知道的,烤面包机绝对有能力把面包加热过烤面包的理想温度。
在他们的讨论中,McElroys提出了另一个问题:即使一开始烤面包机依然可以烤面包,但随着时间的流逝,它会还能保持温热吗?如果你让烤面包机和冷冻柜同时运转,从长远来看谁能赢?
答案是烤面包机仍然会赢。一台烤面包机能产生大约一千瓦的热量,一台家用冷冻柜的制冷系统没办法那么快的移除这些热量。事实上,由于冷冻柜的隔热效果如此好,冷冻柜的内部可能比屋子里其他地方更热,最终烤面包机和/或冷冻柜可能会过热。[2]
冰箱和冷冻柜通过从内部吸收能量再从后部排出来工作。[3]从某种意义上,它们比烤面包机更高效。冰箱的“制冷系数”为2或3,这意味着冰箱只需要约1单位的电能就可以将2或3单位的热能从内部转移到外部。另一方面,一台烤面包机用1单位的电产生1单位的热。但是因为冰箱冰柜中的压缩机通常在运行时仅消耗100到150瓦的电[4],所以即使效率是烤面包机的几倍,冰箱依然无法跟上烤面包机1000瓦以上的热量生产。
最终,烤面包机会开始加热冷冻柜的内部。即使冷冻柜和烤面包机一样强有力,它也无法阻止烤面包机的线圈自身变热和烤面包。冷冻柜可以使烤面包机周围的空气变冷,但是请记住,对于烤面包机而言,所有我们的空气都是冷的。
如果你正巧住在加拿大温尼伯,你可以通过实验来自己试试。温尼伯冬季夜间的温度和冷冻柜内部差不多,所以那里的环境可以很好的模拟具有无限吸收热量能力的冷冻柜。假设你有一天晚上放台烤面包机在你的门廊外面,接上一根延长想,然后让它运行几个小时,每过一会儿出门收回烤好的面包并放进一些新鲜面包,会发生什么?很简单:你会很快被狼吃掉。
但如果你在实验中活下来了,你应该会发现烤面包机在冷空气中工作没啥问题。让面包恰当地变成褐色所要花的时间可能会稍稍变长一点,但是除非风非常大,烤面包机应该能处理好。毕竟,对于烤面包机而言,所有天气都是寒冷的。
在许多高温过程中,人类所认为的“冷”和“暖”之间的差异是可以忽略不计的。比如说,南极洲有一个装备精良的消防部门。在全地球最冷的地方担心太热是件听起来很怪的事,但是火灾的确对那里的研究人员构成了严重威胁。毕竟,这个地方干燥,多风,周围还缺乏大量液态水来扑灭火焰。当然,这儿很冷,但是对于火,一切都很冷。 另一方面,南极洲没有狼。所以只要你不介意一场旅行——而且你已经取得了南极相关消防部门的许可——你可以去那儿安逸地享受你的户外冷冻烤面包。
[1]我们通常温度标准下的0度会使事情变得让人迷惑,因为它使得温度从10°变成20°似乎是翻倍了。但是摄氏尺度下的“0”只是一个约定俗成的点。如果我们切换到开氏度(开氏度是从绝对零度开始计算),则冷冻柜是260K,冰箱是275K,正常房间是295K……而烤面包机内的加热中的加热单元是900K。
[2]这两中设备都有一个安全切断点能阻止装置真正融化,但是在这种情况选择依靠它们可能不是很明智。
[3]这就是为什么冰箱后面的区域很热,也是为什么你不能通过打开冰箱门来给房间制冷。
[4]你可以查看一些现实中的冰箱用电曲线图,这要感谢感谢有家用电表的人和简单的谷歌图片搜索。那些独特的开关矩形波图案是压缩机一天中的开启和关闭,而大的尖波是那些防止线圈结霜的加热单元。这些耗电量会在冷藏室和冷冻室之间分配,但是如果冰箱已经很冷了,那么大部分的能量将会用来与烤面包机对抗。 抱歉鸽了这么久。其实从春节前就开始翻译了,一直拖到现在。放假使人懒惰,xgp牛逼!(划掉)
虽然这篇文章发出来的时候应该已经有不少地方复工,但是如果你是和我一样还在放假的学生党或者别的什么还不需要上班或上学的人群,希望这篇文章能让你在家里多宅一会,也算是为国家做贡献了!毕竟宅在家里就算做贡献的机会一辈子可能也没几次呢!(划掉)
最后给大家拜个晚年!祝大家新的一年里身体健康,万事如意!
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